高速列车铁基烧结闸片材料的摩擦磨损性能研究

采用粉末冶金工艺,通过对材料组成和工艺等的实验研究,获得了一种铁基烧结闸片材料,对材料的物理机械性能、摩擦磨损性能和微观组织结构等进行了分析测试,探讨了烧结摩擦材料的摩擦磨损机理以及材料微观组织结构与摩擦磨损性能之间的关系。结果表明：该材料摩擦系数较高（0．31）,磨损率低（0．022mm/次）,摩擦稳定性优良;同时具有良好的物理机械性能,是一种潜在的高速列车制动闸片材料。烧结摩擦材料的摩擦机理归于啮合和粘着,而磨损机理归于磨粒磨损和疲劳裂纹萌生及扩展。     

高速列车制动闸片摩擦块形状对制动界面摩擦学行为的影响

在自行研制的高速列车制动缩比试验台上,对六边形、五边形和圆形摩擦块进行拖曳制动试验,研究摩擦块形状对高速列车制动界面摩擦学行为的影响,并采用有限元方法分析了不同摩擦块形状下制动界面接触行为的差异,探讨了摩擦块形状对接触压力分布及表面热分布的影响. 结果表明:摩擦块形状显著影响了制动界面磨损特性及接触压力分布,使得制动盘产生不同的温度分布现象. 在本试验条件下,六边形摩擦块表面磨损轻微,接触平台大小较为均匀,而五边形和圆形摩擦块表面呈现明显的犁沟和剥落特征,且大接触平台占比较高;六边形摩擦块与制动盘拖曳制动过程,界面具有较大的接触面积,使得接触压力分布较为均匀,表现出较好的接触行为,而五边形和圆形摩擦块的接触行为相对较为复杂,与之对摩的制动盘产生明显的热聚集现象.      

纤维增强合成闸片摩擦磨损特性的试验研究

采用MM-1000型摩擦磨损试验机进行了纤维增强合成闸片和HZ408合成闸片与H300制动韫材料配副的制动摩擦试验,记录了制动过程中摩擦系数、磨损量与制动盘温度的变化情况,采用三维激光共焦扫描显微镜（CLSM）分析了磨损表面形貌．结果表明：制动初速度对纤维增强合成闸片的平均摩擦系数影响小于HZ408合成闸片,在高速制动工况下,纤维增强合成闸片的平均摩擦系数大于HZ408,耐磨性略低于HZ408合成闸片;在低速制动工况下,纤维增强合成闸片和HZ408合成闸片所引起的制动盘温升大致相同;在高速制动工况下前者引起的制动盘温升略高．     

沟槽表面填充材料对界面摩擦振动噪声的影响

采用机械加工方式,在基体(蠕墨铸铁)表面加工出平行且等间距的沟槽,并在沟槽中分别填满铝材料和锻钢材料,对该填充材料试样和基体试样进行界面摩擦噪声试验,并采用数值模拟方法加以分析,得出界面摩擦振动噪声行为在不同沟槽填充材料下的变化特性,并将不同界面摩擦磨损行为与振动噪声动态关联起来.试验及数值模拟结果表明,在沟槽中填充铝材料加剧界面磨损,增大摩擦系数,并加速系统不稳定振动的产生,增大噪声强度,而在沟槽中填充钢材料能有效延缓界面不稳定振动和摩擦尖叫噪声信号的产生.此外,计算结果表明,界面磨擦磨损行为导致的界面接触非线性特性是产生多频率不稳定振动和噪声的重要因素.     

乳胶粒化学改性酚醛树脂合成闸片的制动性能研究

采用自制的环保型乳胶粒化学改性酚醛树脂为粘结剂制备了和谐号电力机车用轮装式有机合成闸片,参照欧洲标准UIC 541-3: 2006和我国铁道部标准TB/T 3118-2005规定的试验程序,在铁道部产品质量监督检验中心机车车辆检验站进行了闸片的制动性能试验（最高速度200 km/h时制动闸片中心线速度为41.8 m/s）。试验结果表明该闸片在不同初始速度干燥条件下的平均摩擦系数在0.29 ~ 0.57,静摩擦系数平均值为0.47,36闸后的磨损率约为0.2 cm3/MJ,满足UIC 541-3: 2006中规定的指标。表面形貌观察发现制动试验后闸片无开裂、掉渣、塌边和皴裂等现象,红外分析发现闸片摩擦表面化学结构与基体基本一致,粘结剂未发生明显摩擦化学反应。该闸片在和谐号电力机车的制动中将有广阔的应用前景.     

制动速度对C/C-SiC复合材料摩擦磨损性能的影响

采用模拟刹车制动方法研究"温压-原位反应法"制备的C/C-SiC复合材料在不同制动速度下的摩擦磨损性能,分别用光学显微镜和扫描电子显微镜对摩擦表面及其磨屑形貌进行观察,用X射线衍射仪分析磨屑成分.结果表明:摩擦系数随制动速度提高先升高而后降低,在制动速度为10 m/s时达到最大值0.46,且当制动速度超过20 m/s时产生高频振动;随着制动速度提高,磨屑愈被碾磨变细,且磨损量随之增大,在制动速度为28 m/s时线性磨损量急剧升至8.75 μm;C/C-SiC复合材料在中等能载(1.5 kJ/cm2)条件下具有优良的摩擦磨损性能.     

车轮多边形激励下高速列车制动界面摩擦学行为分析

高速列车车轮多边形磨耗是一种沿车轮周向的不均匀磨耗,是列车服役过程中常见的车轮失效现象,其产生的剧烈轮轨激励严重威胁车辆系统服役可靠性.制动系统作为保障高速列车服役安全的核心部件,其界面摩擦学行为直接受到轮轨激励的影响.为探究车轮多边形激励下的制动界面摩擦学行为,建立了刚柔耦合车辆动力学模型和制动系统热机耦合有限元模型,并分别通过线路试验和台架试验验证了模型的正确性.然后,提出一种考虑车轮多边形激励的制动界面摩擦学行为分析方法,能够真实地反映服役过程中制动界面摩擦学行为.基于此,研究了不同车辆运行速度下车轮多边形激励对制动系统动态接触、温度以及振动特性的影响规律.结果表明：车轮多边形磨耗导致系统接触面积、摩擦热、接触应力和振动等摩擦学行为更为复杂且剧烈.此外,系统接触面积标准差和振动加速度均方根值随速度的增加而增大.因此,车轮多边形磨耗对制动界面摩擦学行为具有不可忽略的影响.该研究成果可为制动系统界面摩擦学行为研究及结构优化设计提供有效方法与工程指导.     

CRH380A型高速动车组制动闸片摩擦损伤分析

本研究中选取CRH380A型高速动车组服役中的制动闸片作为研究对象,利用微观分析测试手段分析了该闸片摩擦粒子的损伤特征及其原因,得出摩擦粒子的主要损伤特征为剥落和裂纹.根据闸片摩擦粒子形貌和成分分析结果,结合不同制动时刻摩擦粒子的应力分布状态,分析了形成以上两种主要损伤的原因和机理.结果表明:闸片摩擦粒子材料加工过程中形成的气穴、不同组元的硬度和耐磨性差异等应是导致其发生块状剥落的主要原因;而制动闸片切入端的摩擦粒子应力较大,这可能是导致制动闸片偏磨的主要原因之一,且摩擦粒子的中心圆孔附近存在应力集中现象,导致了裂纹更容易在圆孔周边萌生,同时材料加工过程中形成的气穴、不同组元之间结合强度不足等原因也导致了裂纹的萌生与扩展.     

高速列车头型长细比对气动噪声的影响

高速列车的头尾车外形对气动噪声具有重要的影响.工程实践中随着车速的增加,车辆头部越来越细长,日本高速磁悬浮列车实践中甚至出现了具有极端长细比的头部形状.本文以讨论头型长细比对列车气动噪声的影响规律为出发点,应用非线性声学求解器(NLAS)和FW-H声学比拟法的混合算法,在3种运行速度下对基于CRH380A高速列车头型概化的4种不同头型长细比的模型车的气动噪声进行了数值模拟.给出了不同头型长细比列车的流场特征、气动阻力和气动噪声.结果表明,列车的气动总阻力随头型长细比的增大而减小,且头型长细比对列车总气动阻力的影响随运行速度的增加而增强.而头型长细比对气动噪声的影响呈现出较为复杂的影响,并不存在单调的影响关系;综合考虑气动阻力和气动噪声,长细比最大的头型综合性能较优,但差异并不显著,因此在不考虑微气压波等因素的条件下,简单增加车头长细比并不一定能带来明显的气动噪声性能提升.     

竹纤维增强制动摩阻材料摩擦学性能研究

采用竹纤维为增强相制备新型无石棉树脂基复合摩擦材料.通过热失重分析、定速摩擦试验及磨损表面形貌观察等手段探讨竹纤维的含量对材料在不同温度下摩擦学性能的影响.试验结果表明:在树脂基摩阻材料中加入适量竹纤维能改善材料摩擦磨损性能,并具有一定的减震降噪的效果,但在超过其热解温度时会造成竹纤维的碳化、挥发,对基体增强失效;竹纤维质量百分数为13%时试样能获得较稳定的摩擦系数及较低的磨损率;竹纤维含量过多会造成摩阻材料制备工艺性变差,且高温下大量竹纤维碳化剥落会破坏摩擦表面膜的连续性,使摩阻性能显著下降.     

温度对炭纤维增强纸基摩擦材料摩擦磨损性能的影响

以自制炭纤维增强纸基摩擦材料和45#钢为摩擦副,采用惯量试验方法研究了温度对摩擦副摩擦性能的影响.结果表明:温度不仅影响其摩擦力矩曲线的形态,也影响动、静摩擦力矩和摩擦系数的大小;在较低温度下,摩擦力矩曲线形态较为对称,动、静摩擦系数较高,随着温度升高,摩擦力矩曲线尾部翘起程度增大,动、静摩擦系数减小,制动拖曳时间延长;试验结果对纸基摩擦材料的性能设计和自动变速器工作参数设计具有指导意义.     

基于CBAM-CNN的高速列车制动闸片摩擦块偏磨状态监控

为了解决高速列车制动闸片偏磨状态特征提取困难的问题,提出了一种基于二维图像识别的多尺度卷积和卷积注意力模块(CBAM)结合的状态监控模型. CBAM分别对数据的通道和空间给予不同的关注度以提取出关键的信息,使模型能够准确的对偏磨的状态特征进行提取.模型的多尺度卷积模块则是增加模型对卷积核尺度的适应性,以提取到更加丰富的特征.此外,为了防止模型训练过程中梯度爆炸和梯度消失的现象,在模型中加入残差连接.最后,将所提方法应用于自行研制的高速列车自制试验台得到的制动闸片偏磨数据集,实验结果表明,该模型不仅能够准确有效的识别制动闸片各种偏磨状态,平均准确率达到99.89%,而且也具有较强的稳定性.     

摩擦速度对铜基摩擦材料摩擦磨损性能影响

采用粉末冶金技术制备了铜-石墨-SiO2烧结材料,通过定速摩擦试验机,在摩擦速度为7.8～47.1 m/s的范围内,研究摩擦速度、第三体与摩擦磨损性能的关系.结果表明,摩擦第三体的状态与摩擦速度密切相关,并明显影响摩擦磨损性能.在摩擦顺序从低速开始向高速进行的条件下,随摩擦速度的提高,摩擦表面第三体由颗粒状分布向密实状态转变,表面微观硬度提高,摩擦系数下降,磨损率变化不明显.这归因于低速条件下摩擦副间的啮合程度大,使摩擦系数处于较高值.随速度增加,致密状第三体的易流动性具有润滑和平滑作用,起到降低摩擦系数的作用;在摩擦顺序从高速开始向低速进行条件下,摩擦表面被高速摩擦形成的致密第三体所覆盖,致密第三体的稳定性具有降低摩擦系数波动的作用.但磨损率在摩擦速度较低时出现快速增加.原因在于随摩擦速度的降低,摩擦温度降低,致密第三体脆性增加,致密第三体的大面积破裂和剥落提高了磨损率.     

冷压盘式刹车片摩擦磨损性能的研究

采用ＭＭ－１０００型摩擦试验机、定速式摩擦试验机和台架试验机研究了冷压盘式刹车片的摩擦磨损性能。结果表明：采用冷压工艺制造的杀车片材料的摩擦磨损性能较好，摩擦系数在不同压力、速度和温度下较稳定，在汽车盘式刹车片中试用性能良好。根据刹车片的使用工况，利用ＭＭ－１０００型摩擦试验机进行小样模拟试验，所得测试结果与台架试验有较好的一致性。     

石墨含量对纸基摩擦材料摩擦磨损性能的影响

采用湿法工艺制备不同石墨含量的纸基摩擦材料,通过惯量试验方法研究石墨含量对纸基摩擦材料的力矩曲线及动、静摩擦系数和磨损率的影响规律;利用扫描电子显微镜观察磨损表面形貌并分析其磨损机理.结果表明:随着石墨含量增加,摩擦力矩曲线尾部翘起程度减小,趋于平整;动、静摩擦系数降低,磨损率减小;不含石墨的纸基摩擦材料的磨损表面分布着尺寸较大磨粒且出现微裂纹;随着石墨含量增加,摩擦表面形成了润滑性能良好的固体润滑膜,从而降低了材料的磨损率.     

制动工况对汽车半金属刹车片磨损性能的影响

刹车片是汽车制动器的重要部件材料,其磨损特性直接影响制动器工作性能和使用寿命,现有研究主要采用小样试验,不能真实反映刹车片实际使用工况. 采用汽车盘式制动器模拟制动试验台,分析了制动初速度、制动压力、摩擦面温度对刹车片磨损的影响规律. 结果表明:随制动压力、制动初速度或摩擦面温度的增大,磨损量曲线均呈上升趋势,其中制动压力的变化对磨损量的影响较小,制动初速度的变化对其影响最大. 通过几组补充试验得到,没有外界热源干预,制动初速度和制动压力共同作用比摩擦面温度对磨损量的影响更明显. 基于试验结果数据,利用SPSS软件拟合了制动工况参数与磨损量之间的经验公式. 研究结果对于指导汽车刹车片的设计制造和使用维护具有一定理论意义和实用价值.      

刹车速度对C／C复合材料制动摩擦性能的影响

在MM－1000型摩擦磨损试验上考察了碳布叠层结构的C／C复合材料在不同速度下的制动摩擦磨损行为,并用扫描电子显微镜观察分析了试样磨损表面形貌,结果表明：随着刹车速度的增大,摩擦系数增大,在20－25m/s速度范围出现峰值;当刹车速度增大至28－30m/s时,摩擦系数仍保持较高,体现了优良的高能摩擦特性;磨损量在低速时较小,当刹车速度大于15m/s,磨损量迅速增大,低速时磨损表面由一层薄的磨屑层所覆盖,当速度大于15m／s,大量的磨屑形成一层较厚的磨屑层,高速时由于剧烈的氧化和剪切作用,很多基质碳被氧化剥落,炭纤维被磨断、拔出,使磨损增大。